硬石膏

硬石膏是一種硫酸鹽礦物，屬於正交（斜方）晶系，晶體呈柱狀或厚板狀；集合體呈塊狀或纖維狀。無色、白色，或因含雜質而呈淺灰色、淺藍色或淺紅色。具有玻璃光澤，具三組相互垂直的解理，可裂成長方形解理塊。莫氏硬度3～3.5，比重2.98。其主要為化學沉積產物，大量形成於內陸鹽湖中，常與石膏、石鹽和鉀石鹽等伴生，暴露在地表時易水化而成石膏。世界著名產地有波蘭的維利奇卡，奧地利的布萊貝格，德國的施塔斯富特，瑞士的貝城，美國的洛克波特，中國南京的周村等。主要用於製造農肥和代替石膏作矽酸鹽水泥的緩凝劑。

基本介紹

• 中文名：硬石膏
• 外文名：Anhydrite
• 別名：硫酸鹽礦物
• 狀態：正交（斜方）晶系
• 顏色：灰白、淺藍、紫、粉紅或無色
• 光澤：玻璃光澤
• 透明度：透明
• 硬度：3-3.5
• 光性：二軸晶，正光性

簡介

硬石膏是一種硫酸鹽礦物，它的成分為無水硫酸鈣，與石膏的不同之處在於它不含結晶水。在潮濕的環境下硬石膏就會吸收水分變成石膏。硬石膏是重要的造岩礦物，就是說很多岩石中都有它的成分。硬石膏的晶體是柱狀或板狀，晶體聚集在一起呈塊狀或纖維狀。硬石膏上有一條條互相垂直的裂紋，這叫解理。並不是所有的礦物都具有明顯的解理，也並不是所有的礦物都具有垂直的解理。解理的形成是與晶體的結構相關的，不同的晶體結構會產生不同的解理。硬石膏主要是化學沉積作用的產物，它們主要形成在鹽湖中。硬石膏可以製造化肥、水泥和石膏。

硬石膏是天然產出的硫酸鹽礦物，廣泛分布於蒸發作用所形成的鹽湖沉積物中。由於溫度和含鹽度不同，既可形成硬石膏，也可形成石膏，或二者共生。在石灰岩或白雲岩受熱液交代的金屬礦床中由於含硫酸溶液的作用也可形成硬石膏。此外，也可由石膏或半水石膏或硬石膏加熱至400℃以上形成。

純淨的硬石膏透明、無色或白色，因含雜質而呈灰色，有時又因含有不同礦物而微帶紅色或藍色。其主要化學成分是CaSO₄，化學組成的理論質量為：CaO-41.19%；S0₃-58.81%，屬正交晶系，晶胞參數為：a=0.697nm，b=0.698nm，c=0.623nm；三組解理面互相垂直，可分裂成盒狀小塊，此特點可作為鑑定特徵。硬石膏的單晶體呈等軸狀或厚板狀，集合體常呈塊狀或粒狀，有時為纖維狀。硬石膏結晶良好，比石膏緻密而堅硬，硬度為3.0-3.5，比重為2.9-3.0g/cm³。

結構性質

理論組成

CaO-41.2，SO₃-58.8。成分變化不大，可有少量Sr、Ba代替Ca。H₂O的出現是由於石膏的存在引起的。斜方晶系，a0=0.6238nm，b0=0.6991nm，c0=0.6996nm；Z=4。晶體結構在(100)和(010)面上，Ca²⁺和[SO₄]^2-成層分布，而(001)面上[SO₄]^2-則成不平整的層。

結構形態

斜方雙錐晶類，D2h-mcm（3L23PC）。晶體常沿a軸或c軸延長呈厚板狀，有時呈柱狀。依(011)成接觸雙晶或聚片雙晶。集合體呈纖維狀、緻密粒狀。

硬石膏

物理性質

白色，常微帶淺藍、淺灰或淺紅色，或被鐵的氧化物或粘土等染成紅、褐或灰色。條痕白或淺灰白色。晶體無色透明。玻璃光澤，解理面珍珠光澤。解理完全，、中等。硬度3~3.5。相對密度2.8~3.0。偏光鏡下：無色。二軸晶。2V=42~44，Ng=1.609~1.618，Nm=1.574~1.579，Np=1.569~1.574。加熱至約1190℃，轉變為Ⅰ型硬石膏（又稱高溫無水石膏或α型無水石膏）。硬石膏具有吸水水化的能力，但不如Ⅱ型（穩定相，斜方晶系，又稱不溶性硬石膏或過燒石膏）、Ⅲ型硬石膏（又稱可溶性硬石膏）。石膏的導熱係數低，具有防火性能。

產狀組合

主要為化學沉積大量形成於鹽湖中，常與石膏共生。在地表條件下不穩定，轉變為石膏。某些硫化礦床的氧化帶亦可少量產出。

鑑定特徵

以其相對密度小，解理方向（三組解理互相垂直）和光學常數，可與重晶石族礦物區別；與鈣鎂碳酸鹽的區別是滴HCl不起泡；與石膏的區別是硬度較大。

原料特點

硫酸鈣化學式CaSO₄，白色固體，熔點1450℃，相對密度2.96，難溶於水。自然界存在的硫酸鈣礦物有兩種：①硬石膏礦的組分是CaSO₄。②石膏礦的組分是CaSO₄·2H₂O，為了與[(CaSO₄)₂]·H₂O（俗稱熟石膏或燒石膏）區別，CaSO₄·2H₂O又稱生石膏，它加熱至128℃，失去大部分結晶水，轉變為熟石膏。加熱到163℃以上，失去全部結晶水，變成無水硫酸鈣。熟石膏加水後調製成的漿狀物會逐漸凝固成硬塊，這一過程相當於[(CaSO4)₂]·H₂O轉化為CaSO₄·2H₂O的反應，它放出大量熱，使CaSO₄·2H₂O互相連結成一塊多孔的固體，其體積比原來的漿狀物大，這種膨脹作用使石膏能用於製造輪廓清晰的鑄模和雕塑製品以及骨科用的石膏繃帶。石膏還是製造水泥的原料，可調節水泥的凝固時間。在土壤中加入石膏，可降低土壤的鹼性。

硬石膏

溶解度在約311K(40℃)以下隨溫度升高而加大，其後加熱則溶解度減小。常見的有生石膏，即CaSO₄·2H₂O，加熱至423K(150℃)轉化為熟石膏，即[(CaSO₄)₂]·H₂O，白色粉末，它加水仍由漿狀物凝為生石膏；若加熱至436K(163℃)失全部結晶水成無水石膏，再加水則重新變為生石膏甚難。其微溶的溶液使水“發硬”，但遇純鹼可得碳酸鈣沉澱，這是微溶物轉化為難溶物之一例(CaSO₄+Na₂CO₃=CaCO₃↓+Na₂SO₄)。用於石膏製品、水泥凝固的調速劑、油漆膩子、紙張填料、“點”豆腐、中藥和改良鹽鹼土。

研究進展

硬石膏資源是我國的優勢非金屬礦產之一，而且分布非常廣泛，然而一直以來對其開採利用並不多。其主要原因是硬石膏在建材領域中的利用比較有限，主要表現在其活性差，在水中難於溶解，水化速度慢，凝結能力差甚至幾乎不凝結，而且基本不具有早期強度，目前它主要用作水泥的調凝劑、礦化劑等。但是近年來，隨著天然硬石膏深加工技術研究與進步，其套用領域正在不斷拓寬和變化。相對於傳統的建材來說，硬石膏製品具有質輕、隔音等特點，同時在節能、環保、生態平衡等方面有著獨特的優勢。因此，天然硬石膏的套用也在逐步的拓寬，其附加值也在化學工業、輕工業、農業、精密鑄造、醫療、塑膠等領域得以體現。

物理活化

楊新亞等人對硬石膏進行熱處理活化，發現不同溫度煅燒的硬石膏具有不同的溶解度，其中硬石膏經過的煅燒後的溶解度最大。射線衍射分析表明硬石膏經過不同溫度的煅燒會產生不同程度的結構畸變，而左右煅燒的硬石膏晶格結構變化最為明顯，綜合分析證明通過對硬石膏進行煅燒使其晶格結構發生畸變可以提高其溶解活性。另有報導表明，不同制粉設備連續粉磨對硬石膏粒度與顆粒分布形態有顯著的影響，從而會導致硬石膏水化活性和物理性能上有較大差異。檢測的結果表明，小於顆粒含量及球形的顆粒以及相對較窄的顆粒分布，對增強硬石膏水化硬化速度及強度有積極的影響。其主要原因是：球磨機製備的物料近似球形而且顆粒表面相對更加粗糖，並有大量的微裂紋產生，這些變化都增強了硬石膏的表面活性。

化學活化

鄧鵬等人通過採用娃酸鹽水泥、半水石膏和硫酸鉀混合試劑作為激發劑來增強天然硬石膏的活性。研究結果為：硫酸鉀摻量為對強度提高顯著，桂酸鹽水泥和對強度與軟化係數均有一定的影響，其中一定的摻量範圍內的可以改善硬石膏的凝結時間和提高硬石膏的強度，但是其摻量不進超過，摻量過多對硬石膏耐水性有不利影響。目前兩種活化方法中，比較成熟的是物理激活方法，其途徑主要是通過粉磨提髙硬石膏的細度，或者採取適當煅燒溫度鍛燒硬石膏；化學活化則相對比較複雜，這主要是其激發機理並不完善，對硬石膏的溫度及不同鹽類的激發做了很好的總結，為研究硬石膏的水化活性有積極的參考意義。

資源狀況

硬石膏是天然產出的硫酸鹽礦物，廣泛分布於蒸發作用所形成的鹽湖沉積物中。由於溫度和含鹽度不同，既可形成硬石青，也可形成石膏，或二者共生。在石灰岩或白雲岩受熱液交代的金屬礦床中由於含硫酸溶液的作用也可形成硬石青。此外，也可由石膏或半水石青或硬石青加熱至400℃以上形成。

純淨的硬石膏透明、無色或白色，因含雜質而呈灰色，有時又因含有不同礦物而微帶紅色或藍色。其主要化學成分是CaSO₄，化學組成的理論質量為：CaO41.19%；S0₃-58.81%，屬正交晶系；三組解理面互相垂直，可分裂成盒狀小塊，此特點可作為鑑定特徵。硬石膏的單晶體呈等軸狀或厚板狀，集合體常呈塊狀或粒狀，有時為纖維狀。硬石膏結晶良好，比石青緻密而堅硬，硬度為3.0-3.5，比重為2.9-3.Og/cm³。

硬石膏

中國硬石膏資源相當豐富，約占石膏資源總量的42-6096。主要分布在長江流域，川、鄂、湘、皖、蘇等地區。各石膏礦床170米以下逐步過渡為硬石膏，也有兩種石膏層呈互層分布。硬石膏在地下水作用下會逐變成石膏，因此在天然硬石膏中常含有596-1096的石膏；但通常硬石膏礦中CaSO₄，含量一般在80%以上，品質優良。主要用作建材原料、化工原料、填料等。

硬石膏

硬石膏

套用

粉刷石膏

粉刷石膏是一種新型建築抹灰材料，具有質輕、保溫、調節濕度等特點，粉刷與各種牆面以後，不易空鼓乾縮開裂，是一種綠色建材。我國粉刷石膏的研究起步較晚，相比於國外有不小的差距，其主要成分為半水石膏或混合相粉刷石膏。李汝突等人以天然硬石膏為主要原料，摻加複合激發劑進行改性，然後添加其它一些輔料磨細混勻後製備得到粉刷石膏，該製品的各項性能指標不但符合國家行業標準而且在強度、穩定性方面要明顯優於建築石膏生產的粉刷石膏。

自流平材料

地面自流平材料具有優良的流動性能和自流平性能，其裝體在自身重力作用下或稍加導流即可在地面基層上延展開，不會泌水離析和沉降。無機地面自流平材料主要為水泥基和石膏基。徐衛兵等人利用天然硬石膏為主要原料，通過適當的改性處理研製得到一種天然硬石膏自流平抗裂砂菜；其抗壓、抗折、粘結強度分別為、、流動度為以上。

硬石膏製備新型膠結料

硬石膏膠結料在國內研究相對較少，所謂的硬石膏膠結料在國外被稱作硬石膏水泥，主要是在硬石膏中摻入一些特定的激發劑和輔助料製備得到。李國衛使用鹼性和鹽類組合的複合激發劑能夠很好的激發硬石膏的活性，它能夠顯著的加快硬石膏的水化及菜體的凝結硬化時間。

醫藥功能

出自《神農本草經》；《綱目》：“其文理細密，故名細理石，其性大寒如水，故名寒水石，與凝水石同名異物。”“石膏有軟硬二種：軟石膏大塊，生於石中作層，如壓扁米糕形，每層厚數寸，有紅白二色，紅者不可服，白者潔淨，細文短密如束針，正如凝成白蠟狀，鬆軟易碎，燒之即白爛如粉，其中明潔，色微帶青。而文長細如白絲者，名理石也。與軟石膏乃一物二種，碎之則形色如一，不可辨矣。硬石膏作塊而生直理，起棱如馬齒，堅白，擊之則段段橫解，光亮如雲母。白石英，有牆壁，燒之亦易散，仍硬不作粉。其似硬石膏成塊，擊之塊塊方解，牆壁光明者，名方解石也。燒之則詫散亦不爛，與硬石膏乃一類二種，碎之則形色如一，不可辨矣。自陶弘景、蘇恭、大明、雷、閻孝忠皆以硬者為石膏，軟者為寒水石，至朱震亨始斷然以軟者為石膏，而後人遵用有驗，千古之惑始明矣。蓋昔人所謂寒水石者，即軟石膏也；所謂硬石膏者，乃長石也。石膏、理石、長石、方解石四種，住氣皆寒，俱能去大熱結氣，但石膏又能解肌發汗為異爾。理石即石膏之類，長石即方解之類，俱可代用，各從其類也。今人以石膏收豆腐，乃昔人所不知。”“按古方所用寒水石，是凝水石。唐、宋以來諸方所用寒水石，即今之石膏也。近人又以長石、方解石為寒水石，不可不辨之。”

硬石膏

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